JPH11339866A - 光電変換素子及び色素増感型太陽電池 - Google Patents
光電変換素子及び色素増感型太陽電池Info
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- JPH11339866A JPH11339866A JP10146790A JP14679098A JPH11339866A JP H11339866 A JPH11339866 A JP H11339866A JP 10146790 A JP10146790 A JP 10146790A JP 14679098 A JP14679098 A JP 14679098A JP H11339866 A JPH11339866 A JP H11339866A
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- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
- H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 優れた光電変換効率を有し、長期間安定な光
電変換素子及び太陽電池を容易に提供することを目的と
する。 【解決手段】 色素で被覆された半導体膜を有する作用
電極と、前記作用電極に対向して設けられた対極と、前
記作用電極と前記対極の間に挟持された高分子多孔膜か
らなる固体層とを有し、前記固体層の空隙に電解液を保
持することを特徴とする光電変換素子により上記目的を
達成する。
電変換素子及び太陽電池を容易に提供することを目的と
する。 【解決手段】 色素で被覆された半導体膜を有する作用
電極と、前記作用電極に対向して設けられた対極と、前
記作用電極と前記対極の間に挟持された高分子多孔膜か
らなる固体層とを有し、前記固体層の空隙に電解液を保
持することを特徴とする光電変換素子により上記目的を
達成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換素子に関
し、特に太陽電池などに利用される光電変換素子に関す
る。
し、特に太陽電池などに利用される光電変換素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】光電変換材料とは、光が照射されるとそ
の材料内の原子に束縛されていた電子が光エネルギーに
より自由に動けるようになり、これにより自由電子と自
由電子の抜け孔（正孔）が発生し、これら自由電子と正
孔とが効率良く分離するために、連続的に電気エネルギ
ーを取り出すことができる材料、すなわち、光エネルギ
ーを電気エネルギーに変換することができる材料であ
る。このような光電変換材料は、例えば太陽電池などに
利用されている。
の材料内の原子に束縛されていた電子が光エネルギーに
より自由に動けるようになり、これにより自由電子と自
由電子の抜け孔（正孔）が発生し、これら自由電子と正
孔とが効率良く分離するために、連続的に電気エネルギ
ーを取り出すことができる材料、すなわち、光エネルギ
ーを電気エネルギーに変換することができる材料であ
る。このような光電変換材料は、例えば太陽電池などに
利用されている。
【０００３】有機化合物を用いた太陽電池にはｐｎ接合
型太陽電池、ショットキー接合型太陽電池、色素増感型
太陽電池などがある。そのうち、色素増感型太陽電池は
高変換効率を示すため広く注目されている。色素増感型
太陽電池は、例えば、色素を吸着させた半導体電極及び
対極と、これら電極間に挟持された電解質層から主に構
成されており、半導体電極に光が照射されるとこの電極
側で電子が発生し、発生した電子が電気回路を通って対
極に移動し、対極に移動した電子が電解質中をイオンと
して移動して半導体電極に戻り、これが繰り返されて電
気エネルギーを取り出すことができるものである。
型太陽電池、ショットキー接合型太陽電池、色素増感型
太陽電池などがある。そのうち、色素増感型太陽電池は
高変換効率を示すため広く注目されている。色素増感型
太陽電池は、例えば、色素を吸着させた半導体電極及び
対極と、これら電極間に挟持された電解質層から主に構
成されており、半導体電極に光が照射されるとこの電極
側で電子が発生し、発生した電子が電気回路を通って対
極に移動し、対極に移動した電子が電解質中をイオンと
して移動して半導体電極に戻り、これが繰り返されて電
気エネルギーを取り出すことができるものである。
【０００４】この色素増感型太陽電池で用いられている
電解質は主として電解液が用いられている。しかし、電
解液を十分に保持できず、作用電極と対極のすき間から
電解液が漏れ出したり揮発したりしてしまうという問題
がある。また、作用電極と対極が接触し短絡するという
問題がある。
電解質は主として電解液が用いられている。しかし、電
解液を十分に保持できず、作用電極と対極のすき間から
電解液が漏れ出したり揮発したりしてしまうという問題
がある。また、作用電極と対極が接触し短絡するという
問題がある。
【０００５】そこで、電解液の代わりに固体状の電解質
を用いたものも報告されている。例えば特開平７−２８
８１４２号公報には、固体中に酸化還元系を含有してい
るイオン伝導体を用いた太陽電池が記載されている。特
開平８−２３６１６５号公報や特開平９−２７３５２号
公報には高分子固体電解質を用いた太陽電池が記載され
ている。また、ＷＯ９３／２０５６９にも固体電解質を
用いた太陽電池が記載されている。
を用いたものも報告されている。例えば特開平７−２８
８１４２号公報には、固体中に酸化還元系を含有してい
るイオン伝導体を用いた太陽電池が記載されている。特
開平８−２３６１６５号公報や特開平９−２７３５２号
公報には高分子固体電解質を用いた太陽電池が記載され
ている。また、ＷＯ９３／２０５６９にも固体電解質を
用いた太陽電池が記載されている。
【０００６】さらに、Solar Energy Materials and Sol
ar Cells,vol.44(1996),p.p.99-117にはアナターゼ型酸
化チタン電極層の上にルチル型酸化チタン層と、黒鉛か
らなる対極とを堆積し、色素を酸化チタンに吸着させた
後に３層を電解液で満たした構造の太陽電池が記載され
ている。
ar Cells,vol.44(1996),p.p.99-117にはアナターゼ型酸
化チタン電極層の上にルチル型酸化チタン層と、黒鉛か
らなる対極とを堆積し、色素を酸化チタンに吸着させた
後に３層を電解液で満たした構造の太陽電池が記載され
ている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】特開平７−２８８１４
２号公報やＷＯ９３／２０５６９のように固体状の電解
質を用いると液漏れという問題は解決するものの、特開
平７−２８８１４２号公報や特開平８−２３６１６５号
公報、特開平９−２７３５２号公報ではイオン伝導体の
伝導度が低いため変換効率が低いという問題がある。ま
た、ＷＯ９３／２０５６９では作用電極と電解質層の接
触面積が小さいため電子の移動が効率良く行われないた
め変換効率が低いという問題がある。
２号公報やＷＯ９３／２０５６９のように固体状の電解
質を用いると液漏れという問題は解決するものの、特開
平７−２８８１４２号公報や特開平８−２３６１６５号
公報、特開平９−２７３５２号公報ではイオン伝導体の
伝導度が低いため変換効率が低いという問題がある。ま
た、ＷＯ９３／２０５６９では作用電極と電解質層の接
触面積が小さいため電子の移動が効率良く行われないた
め変換効率が低いという問題がある。
【０００８】さらに、Solar Energy Material and Sola
r Cells,vol.44(1996)p.p.99-117の方法では電極と対極
との間にルチル型酸化チタン層があるので短絡は防げる
ものの、酸化チタンなどの半導体を用いた場合には、電
解液が漏れ出したり揮発したりしてしまうという問題は
解決しておらず、また、ルチル型酸化チタン層が色素を
吸着してしまうので色素吸着効率が悪いという問題があ
る。
r Cells,vol.44(1996)p.p.99-117の方法では電極と対極
との間にルチル型酸化チタン層があるので短絡は防げる
ものの、酸化チタンなどの半導体を用いた場合には、電
解液が漏れ出したり揮発したりしてしまうという問題は
解決しておらず、また、ルチル型酸化チタン層が色素を
吸着してしまうので色素吸着効率が悪いという問題があ
る。
【０００９】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、高い導電率を示し作用電極と電解質層との接触面
積が大きい電解液を用いたまま、電解液を保持して液漏
れを軽減し、さらに作用電極と対極との短絡を防いだこ
とにより優れた光電変換効率を有する光電変換素子と、
この光電変換素子を使用した太陽電池を提供することを
目的とする。
あり、高い導電率を示し作用電極と電解質層との接触面
積が大きい電解液を用いたまま、電解液を保持して液漏
れを軽減し、さらに作用電極と対極との短絡を防いだこ
とにより優れた光電変換効率を有する光電変換素子と、
この光電変換素子を使用した太陽電池を提供することを
目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の光電変換素子
は、色素で被覆された半導体膜を有する作用電極と、前
記作用電極に対向して設けられた対極と、前記作用電極
と前記対極の間に挟持された高分子多孔膜からなる固体
層とを有し、前記固体層の空隙に電解液を保持すること
を特徴とする。また、前記固体層は、導電性を有する高
分子多孔膜であることを特徴とする。また、前記固体層
の平均孔径は０．０１〜５μｍの範囲であることを特徴
とする。前記固体層の平均空孔率が３０〜６０％の範囲
であることを特徴とする。また、前記光電変換素子を用
いた色素増感型太陽電池を提供する。
は、色素で被覆された半導体膜を有する作用電極と、前
記作用電極に対向して設けられた対極と、前記作用電極
と前記対極の間に挟持された高分子多孔膜からなる固体
層とを有し、前記固体層の空隙に電解液を保持すること
を特徴とする。また、前記固体層は、導電性を有する高
分子多孔膜であることを特徴とする。また、前記固体層
の平均孔径は０．０１〜５μｍの範囲であることを特徴
とする。前記固体層の平均空孔率が３０〜６０％の範囲
であることを特徴とする。また、前記光電変換素子を用
いた色素増感型太陽電池を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明に係る色素増感型太陽電池
の概念を模式的に説明図である図１を用いて構成を説明
する。本発明にかかる色素増感型太陽電池は、作用電極
１０と、この作用電極１０と対向する対極１１と、作用
電極１０と対極１１の間に挟持された高分子多孔膜から
なる固体層５と、電解液４とから構成される。作用電極
１０はガラス１の表面に設けられた光透過性導電層２と
その上に色素で被覆された半導体層３を設けて構成さ
れ、光電極を構成している。対極１１はガラス８の表面
に白金６を坦持した光透過性導電層７を設けて構成され
ている。色素で被覆された半導体層３と高分子多孔膜か
らなる固体層５の空隙には、電解液４が充填される。
の概念を模式的に説明図である図１を用いて構成を説明
する。本発明にかかる色素増感型太陽電池は、作用電極
１０と、この作用電極１０と対向する対極１１と、作用
電極１０と対極１１の間に挟持された高分子多孔膜から
なる固体層５と、電解液４とから構成される。作用電極
１０はガラス１の表面に設けられた光透過性導電層２と
その上に色素で被覆された半導体層３を設けて構成さ
れ、光電極を構成している。対極１１はガラス８の表面
に白金６を坦持した光透過性導電層７を設けて構成され
ている。色素で被覆された半導体層３と高分子多孔膜か
らなる固体層５の空隙には、電解液４が充填される。
【００１２】本発明において、作用電極１０と対極１１
の間に挟持された高分子多孔膜からなる固体層５として
はポリエチレン、ポリプロピレンなどポリオレフィン系
樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、セルロー
ス系などからなる高分子多孔膜などを用いることがで
き、単層でも同種もしくは異種の材料の積層でもよい。
の間に挟持された高分子多孔膜からなる固体層５として
はポリエチレン、ポリプロピレンなどポリオレフィン系
樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、セルロー
ス系などからなる高分子多孔膜などを用いることがで
き、単層でも同種もしくは異種の材料の積層でもよい。
【００１３】特に光電変換素子として用いるためには、
高分子多孔膜からなる固体層が光に対して強い性質を持
つことが必要である。また、熱に対しても強いほうが好
ましい。光や熱に対して弱いと長期安定性が悪くなる問
題が生じる。また、高分子多孔膜からなる固体層は用い
られている電解液に不溶で、電解液中で形状や性質が変
わらないことが必要である。電解液に溶解したり反応し
たりすると、電解液を保持できなくなったり、電池の形
状が変化する問題が生じる。
高分子多孔膜からなる固体層が光に対して強い性質を持
つことが必要である。また、熱に対しても強いほうが好
ましい。光や熱に対して弱いと長期安定性が悪くなる問
題が生じる。また、高分子多孔膜からなる固体層は用い
られている電解液に不溶で、電解液中で形状や性質が変
わらないことが必要である。電解液に溶解したり反応し
たりすると、電解液を保持できなくなったり、電池の形
状が変化する問題が生じる。
【００１４】また、高分子多孔膜からなる固体層５は導
電性を有していてもよい。導電性を有する高分子として
はポリアセチレン、ポリ（Ｄ−フェニレン）、ポリピロ
ール、ポリチオフェン、ポリアニリン、などが挙げられ
るがこれらに限定されるものではない。これらの導電性
を有する高分子はドーパントが添加されていてもよい。
電性を有していてもよい。導電性を有する高分子として
はポリアセチレン、ポリ（Ｄ−フェニレン）、ポリピロ
ール、ポリチオフェン、ポリアニリン、などが挙げられ
るがこれらに限定されるものではない。これらの導電性
を有する高分子はドーパントが添加されていてもよい。
【００１５】本発明の固体層５の平均空孔率は３０〜６
０％、好ましくは３０〜５５％、さらに好ましくは３５
〜４５％である。平均空孔率が３０％未満では電解液の
担持量が少なくなるため、固体層５の電気抵抗が高くな
り電池としての性能が低下する。一方、平均空孔率が６
５％を越えると機械的強度や電解液の保持能力が低下す
る。
０％、好ましくは３０〜５５％、さらに好ましくは３５
〜４５％である。平均空孔率が３０％未満では電解液の
担持量が少なくなるため、固体層５の電気抵抗が高くな
り電池としての性能が低下する。一方、平均空孔率が６
５％を越えると機械的強度や電解液の保持能力が低下す
る。
【００１６】また、本発明の固体層５の平均孔径は０．
０１〜５μｍ、好ましくは０．０５〜３μｍ、さらに好
ましくは０．１〜１μｍである。平均孔径が０．０１μ
ｍ未満ではイオン透過性が低下し、電気抵抗が高くなり
電池としての機能が十分ではない。一方、平均孔径が５
μｍを越えると電解液の保持能力が低下する。
０１〜５μｍ、好ましくは０．０５〜３μｍ、さらに好
ましくは０．１〜１μｍである。平均孔径が０．０１μ
ｍ未満ではイオン透過性が低下し、電気抵抗が高くなり
電池としての機能が十分ではない。一方、平均孔径が５
μｍを越えると電解液の保持能力が低下する。
【００１７】固体層５の厚さとしては１０〜５０μｍが
好ましく、１５〜２５μｍがさらに好ましい。固体層５
の厚さが１０μｍ未満では機械的強度が十分ではなく、
短絡を起こしやすいという問題も生じる。一方、固体層
５の厚さが５０μｍを越えると電池１個当たりの固体層
の閉める体積割合が高くなるため、電池容量が低下し好
ましくない。また、電極間の距離が離れるので、電荷の
拡散が悪くなる問題が生じる。
好ましく、１５〜２５μｍがさらに好ましい。固体層５
の厚さが１０μｍ未満では機械的強度が十分ではなく、
短絡を起こしやすいという問題も生じる。一方、固体層
５の厚さが５０μｍを越えると電池１個当たりの固体層
の閉める体積割合が高くなるため、電池容量が低下し好
ましくない。また、電極間の距離が離れるので、電荷の
拡散が悪くなる問題が生じる。
【００１８】また、本実施の形態で用いた色素を吸着さ
せた半導体としては、一般に光電変換材料用に使用され
るものであれば特に限定されるものではなく、例えば、
酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、チタン酸バ
リウム、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウム、な
ど公知の半導体の一種または二種以上を用いることがで
きる。なかでも、安定性、安全性の点から酸化チタンが
好ましい。なお、本発明で使用される酸化チタンは、ア
ナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、無定形酸
化チタン、メタ酸化チタン、オルソ酸化チタンなどの種
々の酸化チタン、あるいは水酸化チタン、含酸化チタン
などのいずれでもよい。
せた半導体としては、一般に光電変換材料用に使用され
るものであれば特に限定されるものではなく、例えば、
酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、チタン酸バ
リウム、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウム、な
ど公知の半導体の一種または二種以上を用いることがで
きる。なかでも、安定性、安全性の点から酸化チタンが
好ましい。なお、本発明で使用される酸化チタンは、ア
ナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、無定形酸
化チタン、メタ酸化チタン、オルソ酸化チタンなどの種
々の酸化チタン、あるいは水酸化チタン、含酸化チタン
などのいずれでもよい。
【００１９】半導体層に色素を被覆させる方法として
は、例えば基板上に形成された半導体膜を、色素を溶解
した溶液に浸漬する方法が挙げられる。ここで使用する
ことができる色素は光増感剤として機能する色素が好ま
しく、特に可視光領域および／または赤外光領域に吸収
を持ち、分子中にカルボキシル基、ヒドロキシアルキル
基、ヒドロキシル基、スルホン基、カルボキシアルキル
基、メルカプト基、ホスフィノ基またはホスホニル基な
どの結合基の１種または２種以上を、１つまたは２つ以
上有する有機色素が好ましい。太陽光のうち可視光およ
び／または赤外光を吸収し、励起して電子を発生させる
ことができるとともに、かかる結合基により半導体に強
固に吸着することができるからである。具体的には、メ
タルフリ−フタロシアニン系色素；ＮＫ１１９４、ＮＫ
３４２２（日本感光色素研究所製）などのシアニン系色
素；ＮＫ２４２６、ＮＫ２５０１（日本感光色素研究所
製）などのメロシアニン系色素；ローズベンガル、ロー
ダミンＢなどのキサンテン系色素；マラカイトグリー
ン、クリスタルバイオレットなどのトリフェニルメタン
系色素；銅フタロシアニンまたはチタニルフタロシアニ
ンなどの金属フタロシアニン、クロロフィル、ヘミン、
またはルテニウム、オスミウム、鉄、亜鉛を１以上含有
する錯体（特開平１−２２０３８０号公報、特公平８−
１５０９７号公報に記載）などの金属錯塩などが挙げら
れる。なかでも分光増感の効果や耐久性に優れているた
め金属錯体が好ましい。
は、例えば基板上に形成された半導体膜を、色素を溶解
した溶液に浸漬する方法が挙げられる。ここで使用する
ことができる色素は光増感剤として機能する色素が好ま
しく、特に可視光領域および／または赤外光領域に吸収
を持ち、分子中にカルボキシル基、ヒドロキシアルキル
基、ヒドロキシル基、スルホン基、カルボキシアルキル
基、メルカプト基、ホスフィノ基またはホスホニル基な
どの結合基の１種または２種以上を、１つまたは２つ以
上有する有機色素が好ましい。太陽光のうち可視光およ
び／または赤外光を吸収し、励起して電子を発生させる
ことができるとともに、かかる結合基により半導体に強
固に吸着することができるからである。具体的には、メ
タルフリ−フタロシアニン系色素；ＮＫ１１９４、ＮＫ
３４２２（日本感光色素研究所製）などのシアニン系色
素；ＮＫ２４２６、ＮＫ２５０１（日本感光色素研究所
製）などのメロシアニン系色素；ローズベンガル、ロー
ダミンＢなどのキサンテン系色素；マラカイトグリー
ン、クリスタルバイオレットなどのトリフェニルメタン
系色素；銅フタロシアニンまたはチタニルフタロシアニ
ンなどの金属フタロシアニン、クロロフィル、ヘミン、
またはルテニウム、オスミウム、鉄、亜鉛を１以上含有
する錯体（特開平１−２２０３８０号公報、特公平８−
１５０９７号公報に記載）などの金属錯塩などが挙げら
れる。なかでも分光増感の効果や耐久性に優れているた
め金属錯体が好ましい。
【００２０】また、電極として使用する導電膜は特に限
定されるものではないが、例えば、ＩＴＯ、ＳｎＯ2な
どの透明導電膜が好ましい。これら電極の製造方法及び
膜厚などは適宜選択することができる。
定されるものではないが、例えば、ＩＴＯ、ＳｎＯ2な
どの透明導電膜が好ましい。これら電極の製造方法及び
膜厚などは適宜選択することができる。
【００２１】電解液４としては、特に限定されるもので
はなく、レドックス系（電荷移動リレー）を含むのが好
ましい。好ましいレドックス系としては、ヨウ素
（Ｉ2）／ヨウ素（Ｉ3 -）溶液、臭素（Ｂｒ2）／臭素
（Ｂｒ3 -）溶液、ヒドロキシ溶液、または未結合電子を
運搬する遷移金属錯体溶液を挙げることができる。電解
液中に存在する電荷移動リレーは電荷を一方の電極から
他方の電極へと運搬する。電荷移動リレーは純粋な仲介
物質として作用し、電池の作動の間には化学的変化を受
けない。本発明の光電変換素子における電解液は半導体
に被覆した色素が不溶性を示すような有機溶剤中に溶解
しているのが好ましい。これは、長期安定性を有すると
いう利点を与える。
はなく、レドックス系（電荷移動リレー）を含むのが好
ましい。好ましいレドックス系としては、ヨウ素
（Ｉ2）／ヨウ素（Ｉ3 -）溶液、臭素（Ｂｒ2）／臭素
（Ｂｒ3 -）溶液、ヒドロキシ溶液、または未結合電子を
運搬する遷移金属錯体溶液を挙げることができる。電解
液中に存在する電荷移動リレーは電荷を一方の電極から
他方の電極へと運搬する。電荷移動リレーは純粋な仲介
物質として作用し、電池の作動の間には化学的変化を受
けない。本発明の光電変換素子における電解液は半導体
に被覆した色素が不溶性を示すような有機溶剤中に溶解
しているのが好ましい。これは、長期安定性を有すると
いう利点を与える。
【００２２】電解液に好ましい溶剤としては、限定的で
はないが、水、アルコール及びその混合物、炭酸プロピ
レン、炭酸エチレンおよびメチルピロリドンのような非
揮発性有機溶剤、非揮発性有機溶剤と例えばアセトニト
リル、エチルアセテートまたはテトラヒドロフランのよ
うな粘性低下剤との混合物などを挙げることができる。
別の溶剤としては、ジメチルスルホキシドまたはジクロ
ロエタンを挙げることができる。混和性であるならば、
上記溶剤の任意の混合内を使用することができる。
はないが、水、アルコール及びその混合物、炭酸プロピ
レン、炭酸エチレンおよびメチルピロリドンのような非
揮発性有機溶剤、非揮発性有機溶剤と例えばアセトニト
リル、エチルアセテートまたはテトラヒドロフランのよ
うな粘性低下剤との混合物などを挙げることができる。
別の溶剤としては、ジメチルスルホキシドまたはジクロ
ロエタンを挙げることができる。混和性であるならば、
上記溶剤の任意の混合内を使用することができる。
【００２３】このような構成を有する太陽電池におい
て、光電変換材料用半導体に吸着した色素に太陽光を照
射すると、色素は可視領域の光を吸収して励起する。こ
の励起によって発生した電子は半導体さらに外部回路を
通って対極１１に移動する。対極１１に移動した電子は
電解液中の酸化還元系を還元する。一方、半導体に電子
を移動させた色素は酸化体の状態になっている。このよ
うにして電子が流れ、本発明の光電変換素子を用いた太
陽電池を構成することができる。
て、光電変換材料用半導体に吸着した色素に太陽光を照
射すると、色素は可視領域の光を吸収して励起する。こ
の励起によって発生した電子は半導体さらに外部回路を
通って対極１１に移動する。対極１１に移動した電子は
電解液中の酸化還元系を還元する。一方、半導体に電子
を移動させた色素は酸化体の状態になっている。このよ
うにして電子が流れ、本発明の光電変換素子を用いた太
陽電池を構成することができる。
【００２４】以下に本発明の光電変換素子および太陽電
池の実施例を説明するが、本発明はこれに限定されるも
のではない。 （実施例１）市販の酸化チタン粒子（テイカ株式会社
製、商品名ＡＭＴ−６００、アナターゼ型結晶、平均粗
径２０ｎｍ、比表面積５０ｍ2／ｇ）４．０ｇとジエチ
レングリコールモノメチルエーテル２０ｍｌをガラスビ
ーズを使用し、ペイントシェイカーで６時間分散させ酸
化チタン懸濁液とした。
池の実施例を説明するが、本発明はこれに限定されるも
のではない。 （実施例１）市販の酸化チタン粒子（テイカ株式会社
製、商品名ＡＭＴ−６００、アナターゼ型結晶、平均粗
径２０ｎｍ、比表面積５０ｍ2／ｇ）４．０ｇとジエチ
レングリコールモノメチルエーテル２０ｍｌをガラスビ
ーズを使用し、ペイントシェイカーで６時間分散させ酸
化チタン懸濁液とした。
【００２５】次いで、この酸化チタン懸濁液をドクター
ブレードを用いて、１０μｍ程度の膜厚でガラス板に塗
布し、１００℃で３０分予備乾燥した後、５００℃で４
０分焼成し、膜厚８μｍ程度の酸化チタン膜を得た。
ブレードを用いて、１０μｍ程度の膜厚でガラス板に塗
布し、１００℃で３０分予備乾燥した後、５００℃で４
０分焼成し、膜厚８μｍ程度の酸化チタン膜を得た。
【００２６】さらに、式（１）：
【００２７】
【化１】
【００２８】で表された色素をエタノールに溶解した。
この色素の濃度は２×１０-4モル／ｌであった。
この色素の濃度は２×１０-4モル／ｌであった。
【００２９】続いて、上述で得られた酸化チタン膜を具
備したガラス基板を、上記色素溶液に３０分間浸漬し、
光電変換材料用半導体（試料Ａ）を得た。次いで、試料
Ａを一方の電極とし、対極として白金を担持した透明導
電性ガラス板を用いた。これら２つの電極の間に厚さ１
５μｍのポリエチレン多孔膜を挟持し、電解液を入れ、
この側面を樹脂で封入した後、リード線を取付けて、本
発明の光電変換素子（試料Ｂ）を作成した。なお、前記
電解液は、体積比が１：４であるアセトニトリル／炭酸
エチレンの混合溶媒に、テトラプロピルアンモニウムア
イオダイドとヨウ素とを、それぞれの濃度が０．４６モ
ル／ｌ、０．０６モル／ｌとなるように溶解したものを
用いた。
備したガラス基板を、上記色素溶液に３０分間浸漬し、
光電変換材料用半導体（試料Ａ）を得た。次いで、試料
Ａを一方の電極とし、対極として白金を担持した透明導
電性ガラス板を用いた。これら２つの電極の間に厚さ１
５μｍのポリエチレン多孔膜を挟持し、電解液を入れ、
この側面を樹脂で封入した後、リード線を取付けて、本
発明の光電変換素子（試料Ｂ）を作成した。なお、前記
電解液は、体積比が１：４であるアセトニトリル／炭酸
エチレンの混合溶媒に、テトラプロピルアンモニウムア
イオダイドとヨウ素とを、それぞれの濃度が０．４６モ
ル／ｌ、０．０６モル／ｌとなるように溶解したものを
用いた。
【００３０】得られた試料Ｂの光電変換素子にソーラー
シュミレーターで１００Ｗ／ｍ2の強度の光を照射した
ところ、η（変換効率）は１．７％であり、太陽電池と
して有用であることがわかった。この試料Ｂを１ケ月室
温、大気中、暗下で放置後、ソーラーシュミレーターで
１００Ｗ／ｍ2の強度の光を照射したところ、η（変換
効率）は１．６％であった。
シュミレーターで１００Ｗ／ｍ2の強度の光を照射した
ところ、η（変換効率）は１．７％であり、太陽電池と
して有用であることがわかった。この試料Ｂを１ケ月室
温、大気中、暗下で放置後、ソーラーシュミレーターで
１００Ｗ／ｍ2の強度の光を照射したところ、η（変換
効率）は１．６％であった。
【００３１】（比較例１）試料Ａを一方の電極とし、対
極として白金を担持した透明導電性ガラス板を用いた。
これら２つの電極の間に実施例１と同様の電解液を入
れ、この側面を樹脂で封入した後、リード線を取付け
て、試料Ｄを得た。この試料Ｄにソーラーシュミレータ
ーで１００Ｗ／ｍ2の強度の光を照射したところ、ηは
１．８％であった。この試料Ｄを１ケ月室温、大気中、
暗下で放置後、ソーラーシュミレーターで１００Ｗ／ｍ
2の強度の光を照射したところ、η（変換効率）は０．
３％であった。
極として白金を担持した透明導電性ガラス板を用いた。
これら２つの電極の間に実施例１と同様の電解液を入
れ、この側面を樹脂で封入した後、リード線を取付け
て、試料Ｄを得た。この試料Ｄにソーラーシュミレータ
ーで１００Ｗ／ｍ2の強度の光を照射したところ、ηは
１．８％であった。この試料Ｄを１ケ月室温、大気中、
暗下で放置後、ソーラーシュミレーターで１００Ｗ／ｍ
2の強度の光を照射したところ、η（変換効率）は０．
３％であった。
【００３２】実施例１および比較例１から明らかなよう
に、作用電極と対極の間に挟持された高分子多孔膜から
なる固体層を設けると、長期間安定した光電変換効率を
示す光電変換素子を得られる。
に、作用電極と対極の間に挟持された高分子多孔膜から
なる固体層を設けると、長期間安定した光電変換効率を
示す光電変換素子を得られる。
【００３３】（実施例２）実施例１においてポリエチレ
ン多孔膜を導電性を有するヨウ素を添加したポリアセチ
レン多孔膜にした以外は実施例１と同様にして本発明の
光電変換素子（試料Ｅ）を作成した。得られた試料Ｅの
光電変換素子にソーラーシュミレーターで１００Ｗ／ｍ
2の強度の光を照射したところ、η（変換効率）は２．
１％であり、太陽電池として有用であることがわかっ
た。この試料Ｅを１ケ月間室温、大気中、暗下で放置
後、ソーラーシュミレーターで１００Ｗ／ｍ2の強度の
光を照射したところ、η（変換効率）は１．８％であっ
た。
ン多孔膜を導電性を有するヨウ素を添加したポリアセチ
レン多孔膜にした以外は実施例１と同様にして本発明の
光電変換素子（試料Ｅ）を作成した。得られた試料Ｅの
光電変換素子にソーラーシュミレーターで１００Ｗ／ｍ
2の強度の光を照射したところ、η（変換効率）は２．
１％であり、太陽電池として有用であることがわかっ
た。この試料Ｅを１ケ月間室温、大気中、暗下で放置
後、ソーラーシュミレーターで１００Ｗ／ｍ2の強度の
光を照射したところ、η（変換効率）は１．８％であっ
た。
【００３４】実施例２および実施例１より明らかなよう
に、作用電極と対極の間に挟持された導電性を有する高
分子多孔膜からなる固体層を設けると、光電変換効率が
向上し、長期間安定した光電変換効率を示す光電変換素
子を得られることがわかった。
に、作用電極と対極の間に挟持された導電性を有する高
分子多孔膜からなる固体層を設けると、光電変換効率が
向上し、長期間安定した光電変換効率を示す光電変換素
子を得られることがわかった。
【００３５】上述のようにして得られた光電変換素子
は、本実施の形態で説明したような太陽電池に限らず、
光スイッチング装置、センサなどの光電変換装置に好適
に使用することができる。
は、本実施の形態で説明したような太陽電池に限らず、
光スイッチング装置、センサなどの光電変換装置に好適
に使用することができる。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、高分子多孔膜によって
電解液が洩れ出したり揮発したりすることが減少し、電
解液を十分保持することができ、さらに短絡を防ぐこと
ができ、長期間安定した光電変換効率を示す光電変換素
子を得ることが可能となる。また、高分子多孔膜は色素
吸着後に電極間に挟持されるので、色素吸着を妨げな
い。
電解液が洩れ出したり揮発したりすることが減少し、電
解液を十分保持することができ、さらに短絡を防ぐこと
ができ、長期間安定した光電変換効率を示す光電変換素
子を得ることが可能となる。また、高分子多孔膜は色素
吸着後に電極間に挟持されるので、色素吸着を妨げな
い。
【００３７】さらに導電性を有する高分子多孔膜を用い
ると電解液だけではなく高分子多孔膜を通って電子が移
動するので、変換効率が向上する。
ると電解液だけではなく高分子多孔膜を通って電子が移
動するので、変換効率が向上する。
【図１】本発明の光電変換素子の層構成を模式的に示し
た断面図である。
た断面図である。
１ ガラス ２ 光透過性導電層 ３ 色素で被覆された半導体層 ４ 電解液 ５ 高分子多孔膜からなる固体層 ６ 白金 ７ 光透過性導電層 ８ ガラス １０ 作用電極 １１ 対極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米田 哲也 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 宇井 幸一 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 色素で被覆された半導体膜を有する作用
電極と、前記作用電極に対向して設けられた対極と、前
記作用電極と前記対極の間に挟持された高分子多孔膜か
らなる固体層とを有し、前記固体層の空隙に電解液を保
持することを特徴とする光電変換素子。 - 【請求項２】 前記固体層は、導電性を有する高分子多
孔膜であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換
素子。 - 【請求項３】 前記固体層の平均孔径が０．０１〜５μ
ｍの範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載
の光電変換素子。 - 【請求項４】 前記固体層の平均空孔率が３０〜６０％
の範囲であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
かに記載の光電変換素子。 - 【請求項５】 前記請求項１乃至４のいずれかに記載の
光電変換素子を用いた色素増感型太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10146790A JPH11339866A (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | 光電変換素子及び色素増感型太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10146790A JPH11339866A (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | 光電変換素子及び色素増感型太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11339866A true JPH11339866A (ja) | 1999-12-10 |
Family
ID=15415606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10146790A Pending JPH11339866A (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | 光電変換素子及び色素増感型太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11339866A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001053355A (ja) * | 1999-08-06 | 2001-02-23 | Sharp Corp | 光電変換素子、その製造方法及び太陽電池 |
| WO2001048833A1 (en) * | 1999-12-27 | 2001-07-05 | Seiko Epson Corporation | Solar cell and solar cell unit |
| JP2001345126A (ja) * | 2000-03-28 | 2001-12-14 | Hitachi Maxell Ltd | 光電変換素子 |
| JP2002110262A (ja) * | 2000-10-03 | 2002-04-12 | Nippon Kayaku Co Ltd | 含水電解液を用いた光電変換素子 |
| JP2004247158A (ja) * | 2003-02-13 | 2004-09-02 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 色素増感型太陽電池 |
| JP2006269168A (ja) * | 2005-03-23 | 2006-10-05 | Kyocera Corp | 光電変換装置およびその製造方法ならびに光発電装置 |
| JP2008243618A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Matsushita Electric Works Ltd | 光電変換素子 |
| DE112006002294T5 (de) | 2005-09-02 | 2008-10-30 | Kyocera Corp. | Lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung sowie lichtelektrische Energieerzeugungsvorrichtung |
| WO2010050575A1 (ja) | 2008-10-29 | 2010-05-06 | 富士フイルム株式会社 | 色素、これを用いた光電変換素子、光電気化学電池、および色素の製造方法 |
| CN101983454A (zh) * | 2008-04-08 | 2011-03-02 | 夏普株式会社 | 染料敏化型太阳能电池用糊剂、染料敏化型太阳能电池用透明性绝缘膜、染料敏化型太阳能电池、以及染料敏化型太阳能电池的制造方法 |
| EP2302650A2 (en) | 2009-09-28 | 2011-03-30 | Fujifilm Corporation | Method of producing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, and photoelectrochemical cell |
| EP2306479A2 (en) | 2009-09-28 | 2011-04-06 | Fujifilm Corporation | Method of producing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, and photoelectrochemical cell |
| WO2012070562A1 (ja) * | 2010-11-24 | 2012-05-31 | シャープ株式会社 | 光電変換素子およびその製造方法 |
| JP2013020830A (ja) * | 2011-07-12 | 2013-01-31 | Konica Minolta Business Technologies Inc | 光電変換素子及び太陽電池 |
| WO2014129575A1 (ja) | 2013-02-22 | 2014-08-28 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換素子、光電変換素子の製造方法および色素増感太陽電池 |
-
1998
- 1998-05-28 JP JP10146790A patent/JPH11339866A/ja active Pending
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001053355A (ja) * | 1999-08-06 | 2001-02-23 | Sharp Corp | 光電変換素子、その製造方法及び太陽電池 |
| JP4613468B2 (ja) * | 1999-12-27 | 2011-01-19 | セイコーエプソン株式会社 | 太陽電池および太陽電池ユニット |
| WO2001048833A1 (en) * | 1999-12-27 | 2001-07-05 | Seiko Epson Corporation | Solar cell and solar cell unit |
| USRE39445E1 (en) | 1999-12-27 | 2006-12-26 | Seiko Epson Corporation | Solar cell and solar cell unit |
| JP2001345126A (ja) * | 2000-03-28 | 2001-12-14 | Hitachi Maxell Ltd | 光電変換素子 |
| JP2002110262A (ja) * | 2000-10-03 | 2002-04-12 | Nippon Kayaku Co Ltd | 含水電解液を用いた光電変換素子 |
| JP2004247158A (ja) * | 2003-02-13 | 2004-09-02 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 色素増感型太陽電池 |
| JP2006269168A (ja) * | 2005-03-23 | 2006-10-05 | Kyocera Corp | 光電変換装置およびその製造方法ならびに光発電装置 |
| DE112006002294T5 (de) | 2005-09-02 | 2008-10-30 | Kyocera Corp. | Lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung sowie lichtelektrische Energieerzeugungsvorrichtung |
| JP2008243618A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Matsushita Electric Works Ltd | 光電変換素子 |
| EP2267831A4 (en) * | 2008-04-08 | 2011-08-03 | Sharp Kk | PASTE FOR DYE-SENSITIZED SOLAR CELL, TRANSPARENT INSULATING FILM FOR DYE-SENSITIZED SOLAR CELL, DYE-SENSITIZED SOLAR CELL, AND METHOD FOR MANUFACTURING DYE SENSITIZED SOLAR CELL |
| CN101983454A (zh) * | 2008-04-08 | 2011-03-02 | 夏普株式会社 | 染料敏化型太阳能电池用糊剂、染料敏化型太阳能电池用透明性绝缘膜、染料敏化型太阳能电池、以及染料敏化型太阳能电池的制造方法 |
| US9076598B2 (en) | 2008-04-08 | 2015-07-07 | Sharp Corporation | Paste for dye-sensitized solar cell, transparent insulation film for dye-sensitized solar cell, dye-sensitized solar cell, and dye-sensitized solar cell fabrication method |
| WO2010050575A1 (ja) | 2008-10-29 | 2010-05-06 | 富士フイルム株式会社 | 色素、これを用いた光電変換素子、光電気化学電池、および色素の製造方法 |
| EP2845882A2 (en) | 2008-10-29 | 2015-03-11 | Fujifilm Corporation | Dye, Photoelectric Conversion Element and Photoelectrochemical Cell |
| EP2302650A2 (en) | 2009-09-28 | 2011-03-30 | Fujifilm Corporation | Method of producing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, and photoelectrochemical cell |
| EP2306479A2 (en) | 2009-09-28 | 2011-04-06 | Fujifilm Corporation | Method of producing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, and photoelectrochemical cell |
| WO2012070562A1 (ja) * | 2010-11-24 | 2012-05-31 | シャープ株式会社 | 光電変換素子およびその製造方法 |
| JP5956929B2 (ja) * | 2010-11-24 | 2016-07-27 | シャープ株式会社 | 光電変換素子およびその製造方法 |
| JP2013020830A (ja) * | 2011-07-12 | 2013-01-31 | Konica Minolta Business Technologies Inc | 光電変換素子及び太陽電池 |
| WO2014129575A1 (ja) | 2013-02-22 | 2014-08-28 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換素子、光電変換素子の製造方法および色素増感太陽電池 |
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